數字電源

 

與傳統的模擬電源相比，數字電源的主要區別是控製與通信部分。在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合，模擬電源產品更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現
，而在可控因素較多、實時反應速度更快
、需要多個模擬係統電源管理的、複雜的高性能係統應用中，數字電源則具有優勢。

 

目mu前qian在zai整zheng個ge市shi場chang中zhong數shu字zi電dian源yuan技ji術shu所suo占zhan的de比bi例li正zheng在zai逐zhu步bu增zeng長chang，不bu過guo，隨sui著zhe越yue來lai越yue多duo的de係xi統tong開kai發fa商shang采cai用yong這zhe種zhong技ji術shu，數shu字zi技ji術shu似si乎hu正zheng在zai成cheng為wei電dian源yuan係xi統tong設she計ji的de新xin趨qu勢shi。

 

數字控製的特性

 

模擬開關式電源已經使用了幾十年
，其設計為人們所熟知，而且有許多優秀的教科書、仿真工具包、應用手冊和研討會。還有眾多廠商提供的大量低成本集成電路，其封裝了許多功能：從集成柵極驅動器及開關到電流感應和保護。

 

數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)擁(yong)有(you)一(yi)些(xie)模(mo)擬(ni)世(shi)界(jie)不(bu)具(ju)有(you)的(de)特(te)性(xing)
，其(qi)使(shi)開(kai)關(guan)式(shi)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)擁(yong)有(you)迄(qi)今(jin)還(hai)不(bu)可(ke)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)功(gong)能(neng)。想(xiang)想(xiang)一(yi)家(jia)電(dian)源(yuan)廠(chang)商(shang)有(you)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)功(gong)率(lv)級(ji)的(de)情(qing)況(kuang)吧(ba)，采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，可(ke)讓(rang)一(yi)個(ge)單(dan)處(chu)理(li)器(qi)與(yu)單(dan)獨(du)自(zi)定(ding)義(yi)軟(ruan)件(jian)一(yi)起(qi)工(gong)作(zuo)以(yi)滿(man)足(zu)每(mei)個(ge)功(gong)率(lv)級(ji)的(de)需(xu)求(qiu)。大(da)規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)時(shi)
，產(chan)生(sheng)的(de)經(jing)濟(ji)規(gui)模(mo)會(hui)十(shi)分(fen)巨(ju)大(da)。

 

模擬技術+DSP/MCU成為主要趨勢
，應用方案向消費領域滲透更高集成度
、更快瞬時響應以及更大靈活性是數字電源的主要優勢。

 

通常情況下，模擬PWM架構能夠提供較高分辨率，但無法實現數字控製架構所具備的輸出電壓監視、通信及其它複雜控製功能

；而對於數字PWM，為了達到與模擬控製架構同等的性能指標必須具備高分辨率、高速和線性ADC，以及高分辨率、高速PWM電路，因而與模擬控製架構相比，數字控製架構的成本將大幅增加。

 

 

綜合考慮兩者優勢
，最佳方案是將模擬PWM與數字電路相結合，在不犧牲模擬控製所具備的精度和無限分辨率的情況下，提供數字控製所具有的全部性能。

 

數字電源VS模擬電源的優勢對比

 

數(shu)字(zi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)正(zheng)是(shi)為(wei)了(le)克(ke)服(fu)現(xian)代(dai)電(dian)源(yuan)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)而(er)提(ti)出(chu)的(de)
，它(ta)實(shi)現(xian)了(le)數(shu)字(zi)和(he)模(mo)擬(ni)技(ji)術(shu)的(de)融(rong)合(he)，提(ti)供(gong)了(le)很(hen)強(qiang)的(de)適(shi)應(ying)性(xing)與(yu)靈(ling)活(huo)性(xing)，具(ju)備(bei)直(zhi)接(jie)監(jian)視(shi)、處理並適應係 統條件的能力，能夠滿足幾乎任何電源要求。

 

數字電源還可通過遠程診斷以確保持續的係統可靠性

，實現故障管理
、過電壓(流)保護
、自動冗餘等功能。由於數字電源的集成度很高
，係統的複雜性並不隨功能的增加而增加過多
，外圍器件很少(數字電源的快速響應能力還可以降低對輸出濾波電容的要求)，減少了占板麵積

，簡化了設計製造流程。同時
，數字電源的自動診斷、調節的能力使調試和維護工作變得輕鬆。

 

而數字電源相對於模擬電源的優勢主要體現在以下幾個方麵：

 

（1）便於高度集成化，由於數字電路采用二進製，其代碼符號儀有0和1兩種，因此在數字1電路中隻要有個不同的狀態分別表示0和1就jiu可ke以yi，所suo以yi數shu字zi電dian路lu的de基ji本ben單dan元yuan十shi分fen簡jian單dan


，而er且qie對dui元yuan件jian要yao求qiu也ye不bu嚴yan格ge，允yun許xu電dian路lu參can數shu有you較jiao大da的de離li散san性xing
，有you利li於yu將jiang眾zhong多duo的de基ji本ben單dan元yuan集ji成cheng在zai同tong一yi矽gui片pian上shang進jin行xing批pi量liang生sheng產chan。

 

（2）工作準確可靠
，抗幹擾能力強。數字信號是1和0來lai表biao示shi信xin號hao的de
，而er數shu字zi電dian路lu辨bian別bie信xin號hao的de有you無wu是shi很hen容rong易yi做zuo到dao的de，從cong而er大da大da提ti高gao了le電dian路lu的de工gong作zuo可ke靠kao性xing。同tong時shi數shu字zi信xin號hao不bu易yi受shou到dao噪zao聲sheng幹gan擾rao
，因yin此ci它ta的de抗kang幹gan擾rao能neng力li極ji強qiang。

 

（3）數字信息便於長期保存。借助某種媒體(磁盤
、光盤等)可將數字信息長期保存下來。

 

（4）數字集成電路產品多、通用性強且成本低。

 

（5）保密性好，數字信息容易進行加密處理，不易被竊取。

 

（6）不盡能完成數值運算，還可以進行邏輯運算和判斷，這在控製係統中是不可缺少的。

 

數字電源管理芯片易於在多相以及同步信號下進行多相式並聯應用，可擴展性與重複性優秀，輕鬆實現負載均流
，減少EMI並bing簡jian化hua濾lv波bo電dian路lu設she計ji。數shu字zi控kong製zhi的de靈ling活huo性xing能neng把ba電dian源yuan組zu合he成cheng串chuan聯lian或huo並bing聯lian模mo型xing，形xing成cheng虛xu擬ni電dian源yuan。而er且qie，數shu字zi電dian源yuan的de智zhi能neng化hua可ke保bao證zheng在zai各ge種zhong輸shu入ru電dian壓ya和he負fu載zai點dian上shang都dou具ju有you最zui優you的de功gong率lv轉zhuan換huan效xiao率lv。

 

相對模擬控製技術，數字技術的獨特優勢還包括在線可編程能力
、更先進的控製算法、更好的效率優化、更高的操作精確度和可靠性、優秀的係統管理和互聯功能。

 

數字電源不存在模擬電源中常見的誤差、老化(包括模擬器件的精度)、溫度影響、漂移、補償等問題，無須調諧、可靠性好，可以獲得一致、穩定的控製參數。數字電源的運算特性使它更易於實現非線性控製(可改善電源的瞬態響應能力)和多環路控製等高級控製算法
；更新固件即可實現新的拓撲結構和控製算法，更改電源參數也無須變更板卡上的元器件。

 

數字控製還能讓硬件平台重複使用，通過設計不同固件即可滿足各種最終係統的獨特要求，從而加快產品上市
，減少開發成本、元器件庫存與風險。

 

數字電源取代模擬電源的決定因素

 

數字控製能解決問題，是因為它具有比模擬控製更好的性能、更靈活且在複雜的設計中更易用。然而下麵總結的六個方麵是決定了模擬電源被數字電源取代的主要因素。

 

1、瞬態響應

 

控(kong)製(zhi)機(ji)製(zhi)極(ji)大(da)影(ying)響(xiang)了(le)係(xi)統(tong)的(de)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。例(li)如(ru)
，與(yu)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)相(xiang)比(bi)
，磁(ci)滯(zhi)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)會(hui)有(you)很(hen)大(da)不(bu)同(tong)。每(mei)種(zhong)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)都(dou)既(ji)有(you)優(you)點(dian)
，也(ye)有(you)缺(que)點(dian)。數(shu)字(zi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)讓(rang)你(ni)能(neng)無(wu)縫(feng)地(di)從(cong)一(yi)種(zhong)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)到(dao)另(ling)一(yi)種(zhong)模(mo)式(shi)，以(yi)提(ti)供(gong)最(zui)優(you)的(de)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。雖(sui)然(ran)模(mo)擬(ni)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)很(hen)好(hao)的(de)點(dian)方(fang)案(an)，但(dan)極(ji)少(shao)出(chu)現(xian)足(zu)夠(gou)靜(jing)態(tai)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)況(kuang)
，讓(rang)你(ni)能(neng)實(shi)現(xian)所(suo)設(she)想(xiang)的(de)點(dian)方(fang)案(an)。

 

2、調節精度

 

一般來說
，調節精度是根據線電壓
、fuzaihewendulaidingyide

，yinweizhexietiaojianzhongdemeiyigedouhuiyingxiangtiaojiejingdu。shuzikongzhiqikeyijianshizhexietiaojian
，bingcaiqukongzhicuoshi
，zaizhenggegongzuotiaojianfanweineijinxingyouhua。

 

3、穩定性

 

數字控製能夠提供比模擬方案更好的補償(更好地調用極點和零點)，yincizaiwendingxingshangdekongzhiyaohaohenduo。lingwai，buchangnenggousuizhetiaojiandebianhuaerbianhua，shixitongnengzaihenkuanfanweidetiaojianxiashixianzuijiadewendingxing。monikongzhiqidebuchangshigudingde，ershuzikongzhiketigongketiaodeshenzhishizishiyingdebuchang。

 

4、故障響應

 

數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)提(ti)供(gong)了(le)大(da)量(liang)故(gu)障(zhang)響(xiang)應(ying)的(de)選(xuan)項(xiang)。每(mei)種(zhong)故(gu)障(zhang)都(dou)有(you)唯(wei)一(yi)的(de)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)，可(ke)根(gen)據(ju)用(yong)戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。模(mo)擬(ni)控(kong)製(zhi)器(qi)一(yi)般(ban)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)故(gu)障(zhang)響(xiang)應(ying)(如斷電/斷續/過載)
，用戶也隻能選擇用或者不用。數字控製還能提供濾波器功能，降低虛假故障的可能。

 

5
、效率

 

許多控製結果都會影響到效率，包括死區時間、開關頻率、柵極驅動等級、二極管仿真、加jia相xiang和he缺que相xiang等deng。針zhen對dui這zhe些xie因yin素su，當dang前qian數shu字zi控kong製zhi所suo提ti供gong的de數shu字zi控kong製zhi算suan法fa在zai整zheng個ge工gong作zuo條tiao件jian範fan圍wei內nei進jin行xing了le優you化hua。因yin此ci
，在zai某mou個ge工gong作zuo點dian下xia
，你ni也ye許xu能neng將jiang模mo擬ni控kong製zhi器qi調tiao整zheng到dao很hen高gao的de效xiao率lv

，但dan數shu字zi控kong製zhi器qi卻que可ke對dui所suo有you的de工gong作zuo點dian進jin行xing優you化hua。

 

6
、可靠性

 

減少元件數量、降低工作溫度(通過效率優化)是數字電源提高係統可靠性的兩個途徑。此外，靈活的故障響應和探測元器件參數微小變化的能力，可以大幅減少停機時間。

 

一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，對(dui)大(da)多(duo)數(shu)簡(jian)單(dan)的(de)設(she)計(ji)和(he)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)來(lai)說(shuo)，數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)可(ke)能(neng)有(you)點(dian)大(da)材(cai)小(xiao)用(yong)。當(dang)然(ran)，數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)的(de)靈(ling)活(huo)程(cheng)度(du)足(zu)以(yi)應(ying)付(fu)這(zhe)些(xie)簡(jian)單(dan)的(de)應(ying)用(yong)，其(qi)功(gong)能(neng)可(ke)能(neng)超(chao)出(chu)實(shi)際(ji)所(suo)需(xu)。因(yin)此(ci)，數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)器(qi)顯(xian)然(ran)是(shi)備(bei)受(shou)歡(huan)迎(ying)的(de)解(jie)決(jue)辦(ban)法(fa)。

 

另外，數字電源控製一般比模擬控製器具有更高的集成度。然而
，集成度還不足以滿足設計重用和靈活性的要求
；但是
，數字電源控製器適用於各種各樣的應用，無需借助附加電路。從這個意義上說，這項技術的靈活性要遠優於傳統的模擬技術。

 

 

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